JP4535335B2

JP4535335B2 - 画像形成装置の帯電制御装置

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Publication number: JP4535335B2
Application number: JP2006017663A
Authority: JP
Inventors: あかね徳重; 則夫冨家
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP2007199374A

Description

本発明は、像担持体に接触配置または近接配置された帯電部材に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加する高圧発生回路に対してその出力電圧を制御する画像形成装置の帯電制御装置に関する。

近年、低圧プロセス、低オゾン発生量、低コスト等の点から、ローラ型或いはブレード型等の帯電部材を像担持体の表面に接触配置または近接配置し、前記帯電部材に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加することにより像担持体表面を均一に帯電させる接触帯電方式が主流となりつつある。ここに、振動電圧は正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波等周期的に変化する任意の振動波形であればよい。

このような接触帯電方式を採用する帯電装置として、特許文献１には、振動電圧のうち交流電圧のピーク間電圧値Ｖｐｐを昇圧させると前記像担持体の帯電電圧がそれに比例して上昇し、前記ピーク間電圧値Ｖｐｐが直流電圧による帯電開始電圧の約２倍に達すると帯電電位が飽和し、それ以上に昇圧しても帯電電位が変わらないこと、帯電の均一性を確保するためには像担持体の諸特性等によって決定される直流電圧印加時の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する振動電圧を印加する必要があり、そのとき得られる帯電電圧は印加電圧の直流成分に依存することが開示されている。

そこで、特許文献２には、環境や製造時による帯電部材の抵抗値のばらつき等にかかわらず、常に一定量の放電を生じさせて像担持体の劣化、トナー融着、画像流れ等の問題なく均一な帯電を行なえるようにすることを目的として、像担持体を介して帯電手段に流れる交流電流値を測定する手段を備え、帯電部材に直流電圧を印加した時の像担持体への放電開始電圧をＶｔｈとしたときに、非画像形成時において、帯電手段に少なくとも１点以上のＶｔｈの２倍未満のピーク間電圧を印加した時の電流値と、少なくとも２点以上のＶｔｈの２倍以上のピーク間電圧を印加した時の電流値を測定し、測定された交流電流値により、画像形成時に帯電手段に印加する交流電圧のピーク間電圧を決定する帯電制御方法が開示されている。

詳述すると、Ｄを予め決められた定数とし、帯電手段に１点のＶｔｈの２倍未満のピーク間電圧を印加した時の電流値と０とを結ぶことで得られるピーク間電圧−交流電流関数ｆＩ１(Ｖｐｐ)と、少なくとも２点以上のＶｔｈの２倍以上のピーク間電圧を印加した時の電流値から得られるピーク間電圧−交流電流関数ｆＩ２(Ｖｐｐ)とを比較する事により、ｆＩ２(Ｖｐｐ)−ｆＩ１(Ｖｐｐ)＝Ｄとなるピーク間電圧値を所望の放電電流量として決定し、決定されたピーク間電圧値により、画像形成時に帯電手段に印加する交流電圧のピーク間電圧を定電圧制御するものである。
特開昭６３−１４９６６８号公報特開２００１−２０１９２１号公報

しかし、上述した特許文献２に記載された技術を、例えば、膜厚２０μｍのアモルファスシリコンを感光層とするφ３０ｍｍの像担持体に押圧力１Ｋｇｆで接触させたエピクロルヒドリンゴム製の帯電ローラでなる帯電部材を備えた帯電装置に適用した場合に、図５に示すように、帯電部材の電気抵抗値が低くなる高温高湿度環境では、計測された交流電流値特性から所望の放電電流値Ｄを求めることができるが、常温常湿環境及び低温低湿環境では、計測された交流電流値特性に基づいて所望の放電電流値Ｄを求めることが困難であるという実験結果が得られた。

このような状況は、帯電装置を構成する部材の特性ばらつきや周辺環境の変動さらには像担持体の種類等による様々な変動要素に依存するものと考えられ、画像形成装置の様々な使用環境において適切な画像形成を行うことができる前記像担持体の帯電電位を設定するために、さらなる改良の必要性が望まれていた。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、温湿度等の環境変動や像担持体や帯電部材等の経年変化にかかわらず像担持体の帯電電位を制御できる画像形成装置の帯電制御装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による画像形成装置の帯電制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、像担持体に接触配置または近接配置された帯電部材に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加する高圧発生回路に対して、その出力電圧を制御する画像形成装置の帯電制御装置であって、前記直流電圧を所定の基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）に設定する直流電圧制御手段と、前記帯電部材と前記像担持体間の直流電流値Ｉｄｃを検出する電流検出手段と、前記直流電圧制御手段により前記直流電圧が前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）に設定された後に、前記直流電流値Ｉｄｃが所定の目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）となるように前記交流電圧のピーク間電圧値Ｖｐｐを適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）に設定する交流電圧制御手段を備え、前記直流電圧制御手段は、前記交流電圧制御手段による前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）の設定後に、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む目標電流範囲に維持されるように前記直流電圧を制御し、前記交流電圧制御手段による前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）への設定ができないときに、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む目標電流範囲に維持されるように前記直流電圧を制御する点にある。

本発明者らは、像担持体の帯電電位Ｖｏの設定について検討を行う中で、前記振動電圧により生じる前記直流電流値Ｉｄｃを計測したところ、図２に示すように、前記直流電流値Ｉｄｃと前記帯電電位Ｖｏとが比例関係にあること、そして、この関係は温湿度等の環境変動や前記像担持体や前記帯電部材等の経年変化によって大きく変化しないことを種々の実験を通して確認し、前記直流電流値Ｉｄｃを調整することで前記帯電電位Ｖｏを目標の電位に設定することができることを確認した。

特許文献１によると、前記直流電圧Ｖｄｃが放電開始電圧Ｖｔｈ以上であるとき、前記直流電圧Ｖｄｃと前記帯電電位Ｖｏとが一次関数の関係にあることが示されており、前記直流電圧Ｖｄｃが放電開始電圧Ｖｔｈ以上であるときには、図３に示すように、前記直流電圧Ｖｄｃと前記直流電流値Ｉｄｃは一次関数の関係となり、前記交流電圧のピーク間電圧を前記放電開始電圧の２倍以上の値に制御することにより表面電位が安定することが示されている。

また、本発明者らは適正なピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）の設定について検討を行う中で、種々の実験を通して前記高圧発生回路が前記帯電部材に印加する前記振動電圧により生じる前記帯電部材と前記像担持体間の直流電流値Ｉｄｃを計測したところ、図４に示すように、前記直流電圧Ｖｄｃを所定の基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）とするときに、前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを低レベルから次第に増加させると、前記直流電流値Ｉｄｃがほぼ一定の傾きで増加し、その後、前記一定の傾きよりも低い傾き或いは傾きゼロで推移すること、ピーク間電圧値Ｖｐｐを変化させたときの前記像担持体の表面電位と前記直流電流値Ｉｄｃとが比例関係にあること、そして、このような傾きの代わるポイントを変曲点とすると、変曲点の位置は環境条件等により変動するものの、前記ピーク間電圧値Ｖｐｐが変曲点より高圧側では表面電位が安定することが確認された。

従って、前記交流電圧制御手段が、前記直流電流値Ｉｄｃをモニタしながら前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）を変曲点または変曲点よりやや高い値として調整することにより、過剰なレベルの交流電圧の印加に伴なう放電生成物の発生を回避しながらも、所望の表面電位に安定的に調整することができる。

しかし、前記直流電圧Ｖｄｃや前記ピーク間電圧値Ｖｐｐが所定の値に調整された後に、温湿度等の環境変動、前記像担持体や前記帯電部材等の経年変化が生じると、図４に示すように、前記直流電流値Ｉｄｃが変動して前記像担持体の帯電電位Ｖｏが所期の値を維持することができなくなる。

そのような場合に、前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを調整する必要があるが、前記高圧発生回路の最大出力電圧値や前記像担持体の耐電圧特性等により必要な前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを印加することができない場合には、前記像担持体の帯電電位Ｖｏが低下し、前記像担持体のうち、本来トナーが現像されない地肌領域や画像間領域でトナーが現像される虞がある。

上述の構成によると、何らかの要因により前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）に対する前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）が変動するとき、つまり前記帯電電位Ｖｏが変動するときにおいて、前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを変化させ新たな前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）を設定できなくても、前記直流電圧制御手段により前記直流電圧Ｖｄｃが制御され、前記直流電流値Ｉｄｃは前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む目標電流範囲に維持される、つまり前記像担持体の帯電状態は安定しないが所定の範囲内に前記帯電電位Ｖｏを設定することができるため、画質の低下は予想されるが画像形成を実行可能とすると共に、無駄なトナーの消費を回避することができる。

前記直流電圧が所定の基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）の下で、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）となるように前記高圧発生回路の出力調整範囲内で前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）が調整されるが、図４に示すように、前記直流電圧Ｖｄｃや前記ピーク間電圧Ｖｐｐが一定の電圧値であっても、温湿度等の環境変動や前記像担持体や前記帯電部材等の経年変化によって前記ピーク間電圧値Ｖｐｐに対する前記直流電流値Ｉｄｃは変動することがある。

特に低温時には前記ピーク間電圧値Ｖｐｐに対する前記直流電流値Ｉｄｃの変化率が小さくなるため、高いピーク間電圧Ｖｐｐを印加しなければ前記直流電流値Ｉｄｃを前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）とすることができない。

このようなときに、前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を得るために高いピーク間電圧値Ｖｐｐを印加すると放電生成物の発生等による前記像担持体や前記帯電部材の劣化を招く虞があり、また、そのような高いピーク間電圧値Ｖｐｐを出力できない場合もある。

そのような場合であっても、上述の構成によると、前記交流電圧制御手段により前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）の設定が行えないときに、前記直流電圧制御手段により前記直流電圧Ｖｄｃが制御され、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む目標電流範囲に維持される、つまり前記像担持体の帯電状態は安定しないが所定の範囲内に前記帯電電位Ｖｏを設定することができるため、画質の低下は予想されるが画像形成を実行可能とすると共に、無駄なトナーの消費を回避することができる。

本発明による画像形成装置の帯電制御装置の第二の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記直流電圧制御手段は、少なくとも画像形成装置による画像形成処理期間に前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流範囲に維持されるように前記直流電圧を制御する点にある。

上述の構成によると、非画像形成処理期間においては画像形成を行わないため、前記像担持体の帯電電位が所期の値に維持される必要性は低いが、少なくとも前記画像形成処理期間において前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流範囲内に維持されるように前記直流電圧を制御することにより、過剰なピーク間電圧値Ｖｐｐを印加することによる放電生成物の増加等の悪影響を抑制しながら所期の帯電電位を確保して適正に画像形成できるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、温湿度等の環境変動や像担持体や帯電部材等の経年変化にかかわらず像担持体の帯電電位を制御できる画像形成装置の帯電制御装置を提供することができるようになった。

以下、本発明による画像形成装置の帯電制御装置について説明する。図１に示すように、帯電制御装置１は、電子写真方式を採用する画像形成装置に組み込まれ、像担持体２に接触配置され前記像担持体２を帯電処理する帯電部材３に高圧発生回路４が印加する振動電圧の前記直流電圧Ｖｄｃを制御する直流電圧制御手段１１と、前記振動電圧の前記交流電圧のピーク間電圧値Ｖｐｐを制御する交流電圧制御手段１２と、前記帯電部材３と前記像担持体２間の直流電流値Ｉｄｃを検出する電流検出手段１０を備えて構成されている。

前記像担持体２は、アルミニウム製シリンダの表面に正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層が蒸着された感光体を有する感光体ドラムからなり、図示しない駆動装置により中心支軸を中心に定速回転駆動されるように構成されている。

前記帯電部材３は、芯金３０に導電性のある弾性材料であるエピクロルヒドリンゴム層３１を被覆した帯電ローラ３により構成されている。

前記高圧発生回路４は、前記直流電圧制御手段１１に制御され、パルストランスにより任意の電圧を出力する直流電圧電源４０と、同様に前記交流制御手段１２に制御され、パルストランスにより周波数を１．３［ｋＨｚ］とする正弦波からなり、任意のピーク間電圧値Ｖｐｐを持つ交流電圧を出力する交流電圧電源４１とを備えて構成されている。

前記交流電圧制御手段１２は、該画像形成装置の非画像形成処理期間において前記直流電圧制御手段１１が前記直流電圧電源４０を制御し該画像形成装置の記憶手段５に記憶された基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）を出力するときに、前記直流電流値Ｉｄｃが前記記憶手段５に記憶された目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）となるように、前記交流電圧電源４１を制御し適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）を設定・出力する。前記最適ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）が設定できないときには、設定可能なピーク間電圧値Ｖｐｐを出力する。

さらに、該画像形成装置の画像形成処理期間において、前記電流検出手段１０により検出された前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）に変化があるときには、前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを制御し前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を維持する。

前記直流電圧制御手段１１は、前記非画像形成処理期間において前記直流電圧電源４０を制御し前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）を出力する。さらに、前記画像形成処理期間において前記交流電圧制御手段１２による前記ピーク間電圧値Ｖｐｐの制御では前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を検出できないときに、前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含み、前記記憶手段５に記憶された目標電流範囲５０に前記直流電流値Ｉｄｃが維持されるように前記直流電圧Ｖｄｃを制御する。

ここで前記目標電流範囲５０は、余分なトナー消費が発生しない帯電電位Ｖｏの範囲で設定されるものであり、実験等より得られた結果に基づき適正な範囲に設定されるものであればよい。

前記直流電圧制御手段１１による前記直流電圧Ｖｄｃの制御について詳述する。前記非画像形成処理期間において、前記直流電圧制御手段１１は前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）を出力するが、前記交流電圧制御手段１２が前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを制御しても、前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）が設定できないときには、前記交流電圧制御手段１２が設定した前記ピーク間電圧値Ｖｐｐに応じて、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む前記目標電流範囲５０に維持されるように、前記直流電圧制御手段１１は前記直流電圧Ｖｄｃを制御して前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）から電圧値を変化させる。

前記画像形成処理期間であり、前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）が設定・出力されているときに検出された前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）から変動するときにおいて、前記交流電圧制御手段１２が前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを制御しても前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）に調整できないときには、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む前記目標電流範囲５０に維持されるように、前記直流電圧制御手段１１は前記直流電圧Ｖｄｃを制御して前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）から電圧値を変化させる。

前記交流電圧制御手段１２が前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを制御して前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）に復旧するときには、前記直流電圧制御手段１１は前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）を維持する。

以下に、別実施形態を説明する。上述の構成では、前記像担持体２として、アルミニウム製シリンダの表面に正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層が蒸着された感光体を有する感光体ドラムを採用したが、前記感光体が有機光導電体であるＯＰＣドラムや、前記感光体がセレンなどであるその他の種類の光導電性半導体ドラムを採用する構成であっても良く、この場合、前記感光体の帯電特性に応じて、前記帯電部材３に印加する振動電圧の正負の極性は適宜変更しても良い。

上述の構成では、前記帯電部材３が芯金３１に導電性のある弾性材料であるエピクロルヒドリンゴム層３２を被覆した帯電ローラとして構成したものを説明したが、ファーブラシ・フェルト・布などの形状・材質のもので構成したものであっても良い。

上述の構成では、前記帯電部材３は前記像担持体２と接触配置される構成としたが、近接配置される構成であっても良い。

上述の構成では、前記振動電圧の交流電圧成分の波形は正弦波であるものについて説明したが、矩形波や、三角波、パルス波等であっても良い。

上述の構成では、前記直流電圧Ｖｄｃを基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）とするときに前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）となるように前記交流電圧のピーク間電圧値Ｖｐｐを前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）に設定するものとしたが、温湿度などの環境条件や、帯電部材や像担持体の駆動時間・印字枚数・帯電時間等により前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）に対応した適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）のテーブルデータを備え、前記テーブルデータに基づき前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）を設定する構成であっても良い。

上述の構成では、画像形成処理期間であり、前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）が設定・出力されているときに検出された前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）から変動するときにおいて、前記交流電圧制御手段１２が前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを制御しても前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）に復旧できないときには、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む前記目標電流範囲５０に維持されるように、前記直流電圧制御手段１１は前記直流電圧Ｖｄｃを制御して前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）から電圧値を変化させる構成としたが、非画像形成処理期間においても、前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）が設定・出力されているときに検出された前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）から変動するときにおいて、前記交流電圧制御手段１２が前記ピーク間電圧値Ｖｐｐを制御しても前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）に復旧できないときには、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む前記目標電流範囲５０に維持されるように、前記直流電圧制御手段１１は前記直流電圧Ｖｄｃを制御して前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）から電圧値を変化させる構成としてもよい。

上述の実施形態は何れも本発明の一実施例に過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更することができることは言うまでもない。

本発明の実施形態における画像形成装置の一部構成ブロック図帯電電位と直流電流値の関係を示すグラフ直流電流値と直流電圧の関係を示すグラフ直流電流値とピーク間電圧値の関係を示すグラフ交流電流値とピーク間電圧値の関係を示すグラフ

１：帯電制御装置
２：像担持体（感光体ドラム）
３：帯電部材（帯電ローラ）
４：高圧発生回路
５：記憶手段
１０：電流検出手段
１１：直流電圧制御手段
１２：交流電圧制御手段
５０：目標電流範囲（データ）

Claims

像担持体に接触配置または近接配置された帯電部材に直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を印加する高圧発生回路に対して、その出力電圧を制御する画像形成装置の帯電制御装置であって、
前記直流電圧を所定の基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）に設定する直流電圧制御手段と、
前記帯電部材と前記像担持体間の直流電流値Ｉｄｃを検出する電流検出手段と、
前記直流電圧制御手段により前記直流電圧が前記基準電圧値Ｖｄｃ（Ｒ）に設定された後に、前記直流電流値Ｉｄｃが所定の目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）となるように前記交流電圧のピーク間電圧値Ｖｐｐを適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）に設定する交流電圧制御手段を備え、
前記直流電圧制御手段は、前記交流電圧制御手段による前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）の設定後に、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む目標電流範囲に維持されるように前記直流電圧を制御し、前記交流電圧制御手段による前記適正ピーク間電圧値Ｖｐｐ（Ｏ）への設定ができないときに、前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流値Ｉｄｃ（Ｏ）を含む目標電流範囲に維持されるように前記直流電圧を制御する画像形成装置の帯電制御装置。
前記直流電圧制御手段は、少なくとも画像形成装置による画像形成処理期間に前記直流電流値Ｉｄｃが前記目標電流範囲に維持されるように前記直流電圧を制御する請求項１記載の画像形成装置の帯電制御装置。